gfh

1. Jonathan Martin Márquez Gallardo
Jonathan Martin Márquez Gallardo
Refractómetro
2108

2. Jonathan Martin Márquez Gallardo
Principio de refracción
La luz se mueve a diferentes velocidades en diferentes materiales. Si un rayo de luz con una
longitud de onda definida en un ángulo fijo cruza una superficie límite entre dos materiales
diferentes, el ángulo del rayo cambiará de acuerdo con el índice de refracción de los medios el
uno con el otro. En condiciones constantes con características de material conocidas se puede
determinar el índice de refracción de un segundo medio desconocido mientras el ángulo de
refracción y el índice de refracción del material conocido. Para esta determinación se emplea
la ley de Snell:
n1 * (sen(angulo1)) = n2 * (sen(angulo2)),
donde: n1 = índice de refracción del medio 1, angulo1 = ángulo de incidencia de la luz al
medio 1, n2 = índice de refracción del medio 2, angulo2 = ángulo de incidencia de la luz al
medio 2.
Refractómetro de Abbe
Refractómetro de Abbe. Modelo antiguo
El refractómetro de Abbe permite obtener una medición del índice de refracción de un líquido
depositándolo sobre una superficie de vidrio, colocándolo en un dispositivo óptico, y ajustando
un botón para conducir una placa iluminada hacia el centro de un retículo. Se plantean dos
preguntas:

3. Jonathan Martin Márquez Gallardo
1. ¿Por qué el valor obtenido es aquel del índice de refracción del líquido estudiado?
2. ¿Por qué la medición se realiza por reglaje de una placa iluminada?
Los refractometros Abbe pueden emplear los dos métodos de refracción, refracción total o
refracción de ángulo crítico.
Principio de la medición
Este refractómetro fue descrito, en 1875, por su inventor, Ernst Abbe. Un antiguo modelo se
encuentra representado a continuación. En su estudio sobre los refractómetros de 1901,
Culmman1
describe este instrumento como constituido por dos prismas de vidrio
flint conteniendo una delgada capa de 1/20 de milímetro de espesor del líquido a examinar. El
prisma inferior sirve sobre todo para mantener el líquido y para permitir la iluminación del
prisma superior. El artículo más reciente de Véret2indica que, en los refractómetros modernos,
el prisma superior sirve para la iluminación y que el prisma inferior es aquel que permite la
medición. La descripción siguiente corresponde a este caso.
La idea es iluminar el líquido a analizar con luz rasante y determinar el ángulo límite e que
depende del índice n buscado y del índice N del material sobre el que reposa el líquido y en el
cual el rayo rasante penetra.
n = N sin e
Este rayo continúa su camino y ataca la cara de salida del prisma con el ángulo
r = α - e
donde α es el ángulo del prisma.
El rayo sale entonces del prisma con el ángulo i de tal forma que
N sin r = sin i
El ángulo i se encuentra en relación con el índice buscado n. Un visor
indica el ángulo y se gradúa directamente en índice de refracción. El
valor es preciso con dos unidades del cuarto de decimal del valor del
índice n.
Como no es posible conseguir un único rayo rasante que penetre en
el lugar adecuado del soporte material subyacente, el dispositivo
emplea un haz de luz cuyo límite es, por construcción, el rayo
rasante. Este haz constituye el rango de luz cuyo límite será ajustado
al retículo y será la base de la medición.
La figura inferior representa este dispositivo. El prisma superior está
iluminado y contiene el rayo rasante. La luz entra en el prisma inferior
en un rango de luz cuyo rayo superior corresponde a la prolongación
del rayo rasante. A la salida del prisma, este rango de luz es reflejado

4. Jonathan Martin Márquez Gallardo
por un espejo y es observado a través de una lente colimatriz. El
usuario puede observar, en esta lente, el rango de luz y su límite, que
aporta la información sobre el ángulo límite, esto es, sobre el índice
de refracción del líquido estudiado.
Refractómetro de prisma de Abbe.
Utilización en luz blanca
El dispositivo de base solo es utilizable con una luz monocromática,
ya que el índice de un material, sobre todo aquel del vidrio flint,
depende de la longitud de onda. La raya D del sodio (longitud de
onda 589 nm) ha sido elegida históricamente, a causa del carácter
monocromático de la luz de las lámparas de vapor de sodio, y de la
facilidad para obtener una buena intensidad lumínica. Para trabajar
en luz blanca, otros dos prismas se posicionan entre el vidrio flint y la
lente colimatriz de manera que los rayos de colores diferentes
converjan tras su trayectoria. Este dispositivo se denomina
compensador. La consecuencia es la obtención de un sistema
acromático, utilizable en luz blanca.
Los refractómetros actuales funcionan con luz natural o con la
iluminación de una lámpara blanca. La luz llega a través de una
ventana sobre una superficie de entrada del prisma superior. La
superficie inferior de éste no está pulida para evitar las reflexiones
secundarias.
Calibración y lectura de la medición

5. Jonathan Martin Márquez Gallardo
Calibración de la zona iluminada en el cruce de las retículas
La calibración del refractómetro debe tener en cuenta por una parte la
acromatización y, por otra parte, la situación del rango de luz en el
cruce de las retículas.
Una operación de calibración se realiza de una vez con agua
destilada.
El botón que permite conducir el rango luminoso hacia el cruce de las
retículas actúa sobre el ángulo del espejo dispuesto a la salida del
prisma de flint. Este ángulo corresponde al índice que se registra
sobre la escala graduada en índice de refracción, visible en el visor.
Dos escalas están disponibles. Una indica directamente el índice de
refracción (entre 1,300 y 1,700). La otra indica, entre 0 y 85 %, el
tenor de materia seca de los líquidos azucarados.
Límites de utilización
 El refractómetro de Abbe sólo puede utilizarse para líquidos cuyo
índice de refracción sea inferior a aquél del vidrio flint (n = 1,7).
Más allá de este valor, los rayos próximos del rayo rasante
experimentarían una reflexión total, lo que provocaría la
imposibilidad de la medición. Esta limitación no es un
impedimento en la práctica, pues pocos líquidos poseen un índice
de reflexión superior a aquél del vidrio flint.
 El índice varía en función de la temperatura. Un sistema de
termostato, constituido por una circulación de agua en el seno del
sistema óptico, permite regular este efecto.
Otros refractómetros
Refractómetro de ángulo variable

6. Jonathan Martin Márquez Gallardo
El líquido se encuentra en una cubeta cuyo fondo es de hoja paralela.
Esta hoja es iluminada en incidencia rasante por debajo. Todo tiene
lugar como si el líquido fuese iluminado en incidencia rasante desde
el aire. Un visor recupera el rayo y determina su ángulo.
Refractómetro de inmersión
El refractómetro se sumerge en el líquido a analizar. Sólo posee un
único prisma, equivalente al prisma inferior de la descripción anterior
de refractómetro de Abbe. No existe posibilidad de reflexión parásita,
el rayo emergente es más preciso y un engrosamiento más fuerte es
entonces posible. He aquí el interés de este dispositivo. Permite por
tanto obtener una décima más que para el refractómetro de Abbe (4
unidades del quinto decimal). La iluminación se realiza a través de un
espejo.
El refractómetro de inmersión permite dosificar los solubles disueltos
en el agua, de débiles variaciones de índice precisamente conocidas.
Es mencionado para análisis agroalimentarios.3
A consecuencia del
engrosamiento considerable, un débil rango de índice solamente es
accesible: entre 1,325 y 1,367.1
La extremidad del refractómetro a inmersión está directamente
sumergida en el líquido, como un termómetro, y una anilla permite
acromatizar la medición. Es necesario pues disponer de una mayor
cantidad de muestra que con el refractómetro de Abbe, lo que no
plantea generalmente problemas con las soluciones acuosas.